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[摘要]：为了应对WiMAX等新兴宽带接入技术的挑战，满足新型业务的需求，3GPP在2004年底启动了3G长期演进LTE技术的标准化工作。LTE旨在提高数据传输速率，降低系统时延，增大系统容量等。本文对LTE技术从标准到特性再到架构进行了研究。
[关键字]：LTE 4G LTE-Advanced
中图分类号：F626.3 文献标识码：F 文章编号：1009-914X（2012）20- 0008 -01
1、前言
今日，3G通信的技术标准与规范已进入商业用途。然而到目前为止，在应用上也发现3G通信的许多缺点，例如缺乏全球统一的标准。3G所采用的语音交换架构仍承袭了2G的"电路交换模式"（Circuit Switch Mode），而非采用纯IP方式，也因此容易受到多用户的干扰，导致传输速率无法大幅提高。面对这些应用上的缺点，各国都在研究和采取新的通信技术，LTE正是其中的一种。
2、3G技术
3G：第三代移动通信技术（3rd-generation），是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音（通话）及数据信息（电子邮件、即时通信等）。代表特征是提供高速数据业务。三种3G移动通信技术： 第一种是TD-SCDM（英文全称为Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access）即时分的同步码分多址技术（也可简称TD）；第二种是W-CDMA也称为WCDMA，全称为Wideband CDMA，也称为CDMA Direct Spread，意为宽频分码多重存取；第三种是CDMA2000是由窄带CDMA（CDMA IS95）技术发展而来的宽带CDMA技术，也称为CDMA Multi-Carrier。
3、LTE技术的概念
LTE（Long Term Evolution，长期演进）项目是3G的演进，始于2004年3GPP的多伦多会议。从核心技术来看，通常所称的3G技术主要采用CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）多址技术，而业界对新一代移动通信核心技术的界定则主要是指采用OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing，即正交频分复用）调制技术的OFDMA多址技术，可见3G和4G技术最大的区别在于采用的核心技术已经完全不同，因此从这个角度来看LTE、WiMAX及其后续演进技术LTE—Advanced和802.16m等技术均可以视为4G。
但是由于LTE的频谱利用率和理论传输速率达不到国际电信联盟ITU的IMT-Advanced标准中的要求，所以一度被称作是准4G技术或3.9G技术，直到2010年12月20日， ITU才正式将WiMax、HSPA+、LTE技术正式纳入4G标准当中。加上之前的LTE-Advanced以及WirelessMAN-Advcanced，目前有五种技术共同纳入到4G标准当中。
4、LTE的技术特征
与3G相比，LTE具有如下技术特征：
（1）通信速率有了提高，下行峰值速率为100Mbps、上行为50Mbps。
（2）提高了频谱效率，下行链路5（bit/s）/Hz，（3--4倍于R6版本的HSDPA）；上行鏈路2.5（bit/s）/Hz，是R6版本HSU-PA的2--3倍。
（3）以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。
（4）QoS保证，通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务（如VoIP）的服务质量。
（5）系统部署灵活，能够支持1.25MHz-20MHz间的多种系统带宽，并支持“paired”和“unpaired”的频谱分配。保证了将来在系统部署上的灵活性。
（6）降低无线网络时延：子帧长度0.5ms和0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，时延可达U-plan<5ms，C-plan<100ms。
（7）增加了小区边界比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率。如MBMS（多媒体广播和组播业务）在小区边界可提供1bit/s/Hz的数据速率。
（8）强调向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。
与3G相比，LTE更具技术优势，具体体现在：高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容
5、LTE的网络结构和核心技术
LTE采用由NodeB构成的单层结构，这种结构有利于简化网络和减小延迟，实现了低时延，低复杂度和低成本的要求。与传统的3GPP接入网相比，LTE减少了RNC节点。名义上LTE是对3G的演进，但事实上它对3GPP的整个体系架构作了革命性的变革，逐步趋近于典型的IP宽带网结构。
3GPP初步确定LTE的架构如图1所示，也叫演进型UTRAN结构（E-UTRAN）。接入网主要由演进型NodeB（eNB）和接入网关（aGW）两部分构成。aGW是一个边界节点，若将其视为核心网的一部分，则接入网主要由eNB一层构成。eNB不仅具有原来NodeB的功能外，还能完成原来RNC的大部分功能，包括物理层、MAC层、RRC、调度、接入控制、承载控制、接入移动性管理和Inter-cellRRM等。Node B和Node B之间将采用网格（Mesh）方式直接互连，这也是对原有UTRAN结构的重大修改。
6、LTE-Advanced技术
2011年3月包括FDD 和TDD在内的 LTE又一个新版本Release 10即LTE-Advanced（LTE-A）完成，该版本主要增加了增强的上下行MIMO、载波聚合、无线中继、增强的小区间干扰协调等新功能。
LTE-Advanced核心技术仍然是基于OFDMA、MIMO，但通过一些技术的增强来达到IMT-Advanced的要求，其主要关键技术包括以下几个方面：
（1）载波聚合（Carrier Aggregation，CA）
（2）多天线增强（Enhanced Multiple Antenna Transmission）
（3）协作多点传输（CoordinatedMultiple Point Transmission and Reception，CoMP）
（4）中继（Relay）
（5）异构网干扰协调增强（eICICfor Heterogenous Networks）
7、通信技术展望
4G通讯的核心技术尚在研发阶段，且以目前3G通讯技术应用现况为如预期热络的情况来看，要使3G通讯成为主流通讯应用技术还得等一等，专家便预测市场消化并完全吸收3G技术的时间约需十年左右，而接踵而至的还有往后的5G以上技术。尽管4G比起3G有着更强大的应用优势，但目前已可见到4G在发展与往后实际应用上所以面临的问题，但是市场不变的趋势是，新技术和新需求将不断出现，有朝一日4G必然会取代3G，成为新一代行动通讯的主流技术。
参考文献：
1、《LTE及4G发展研究》工业和信息化部，2011年6月。
2、龙紫薇，徐晓东，邵春菊，杨光.《LTE TDD与LTE FDD技术简介和比较》[A]. 2008年中国通信学会无线及移动通信委员会学术年会论文集[C]， 2008。
3、沈嘉.《LTE—Advanced需求、技术和网络演进趋势研究》[A]. 2008年中国通信学会无线及移动通信委员会学术年会论文集[C]， 2008。
4、中关村在线http：//3.zol.com.cn/209/2097174.html。
作者简介
高顺：南京嘉环科技有限公司，核心网工程师。
李莉：南京交通职业技术学院，计算机网络专业讲师。
[关键字]：LTE 4G LTE-Advanced
中图分类号：F626.3 文献标识码：F 文章编号：1009-914X（2012）20- 0008 -01
1、前言
今日，3G通信的技术标准与规范已进入商业用途。然而到目前为止，在应用上也发现3G通信的许多缺点，例如缺乏全球统一的标准。3G所采用的语音交换架构仍承袭了2G的"电路交换模式"（Circuit Switch Mode），而非采用纯IP方式，也因此容易受到多用户的干扰，导致传输速率无法大幅提高。面对这些应用上的缺点，各国都在研究和采取新的通信技术，LTE正是其中的一种。
2、3G技术
3G：第三代移动通信技术（3rd-generation），是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音（通话）及数据信息（电子邮件、即时通信等）。代表特征是提供高速数据业务。三种3G移动通信技术： 第一种是TD-SCDM（英文全称为Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access）即时分的同步码分多址技术（也可简称TD）；第二种是W-CDMA也称为WCDMA，全称为Wideband CDMA，也称为CDMA Direct Spread，意为宽频分码多重存取；第三种是CDMA2000是由窄带CDMA（CDMA IS95）技术发展而来的宽带CDMA技术，也称为CDMA Multi-Carrier。
3、LTE技术的概念
LTE（Long Term Evolution，长期演进）项目是3G的演进，始于2004年3GPP的多伦多会议。从核心技术来看，通常所称的3G技术主要采用CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）多址技术，而业界对新一代移动通信核心技术的界定则主要是指采用OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing，即正交频分复用）调制技术的OFDMA多址技术，可见3G和4G技术最大的区别在于采用的核心技术已经完全不同，因此从这个角度来看LTE、WiMAX及其后续演进技术LTE—Advanced和802.16m等技术均可以视为4G。
但是由于LTE的频谱利用率和理论传输速率达不到国际电信联盟ITU的IMT-Advanced标准中的要求，所以一度被称作是准4G技术或3.9G技术，直到2010年12月20日， ITU才正式将WiMax、HSPA+、LTE技术正式纳入4G标准当中。加上之前的LTE-Advanced以及WirelessMAN-Advcanced，目前有五种技术共同纳入到4G标准当中。
4、LTE的技术特征
与3G相比，LTE具有如下技术特征：
（1）通信速率有了提高，下行峰值速率为100Mbps、上行为50Mbps。
（2）提高了频谱效率，下行链路5（bit/s）/Hz，（3--4倍于R6版本的HSDPA）；上行鏈路2.5（bit/s）/Hz，是R6版本HSU-PA的2--3倍。
（3）以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。
（4）QoS保证，通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务（如VoIP）的服务质量。
（5）系统部署灵活，能够支持1.25MHz-20MHz间的多种系统带宽，并支持“paired”和“unpaired”的频谱分配。保证了将来在系统部署上的灵活性。
（6）降低无线网络时延：子帧长度0.5ms和0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，时延可达U-plan<5ms，C-plan<100ms。
（7）增加了小区边界比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率。如MBMS（多媒体广播和组播业务）在小区边界可提供1bit/s/Hz的数据速率。
（8）强调向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。
与3G相比，LTE更具技术优势，具体体现在：高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容
5、LTE的网络结构和核心技术
LTE采用由NodeB构成的单层结构，这种结构有利于简化网络和减小延迟，实现了低时延，低复杂度和低成本的要求。与传统的3GPP接入网相比，LTE减少了RNC节点。名义上LTE是对3G的演进，但事实上它对3GPP的整个体系架构作了革命性的变革，逐步趋近于典型的IP宽带网结构。
3GPP初步确定LTE的架构如图1所示，也叫演进型UTRAN结构（E-UTRAN）。接入网主要由演进型NodeB（eNB）和接入网关（aGW）两部分构成。aGW是一个边界节点，若将其视为核心网的一部分，则接入网主要由eNB一层构成。eNB不仅具有原来NodeB的功能外，还能完成原来RNC的大部分功能，包括物理层、MAC层、RRC、调度、接入控制、承载控制、接入移动性管理和Inter-cellRRM等。Node B和Node B之间将采用网格（Mesh）方式直接互连，这也是对原有UTRAN结构的重大修改。
6、LTE-Advanced技术
2011年3月包括FDD 和TDD在内的 LTE又一个新版本Release 10即LTE-Advanced（LTE-A）完成，该版本主要增加了增强的上下行MIMO、载波聚合、无线中继、增强的小区间干扰协调等新功能。
LTE-Advanced核心技术仍然是基于OFDMA、MIMO，但通过一些技术的增强来达到IMT-Advanced的要求，其主要关键技术包括以下几个方面：
（1）载波聚合（Carrier Aggregation，CA）
（2）多天线增强（Enhanced Multiple Antenna Transmission）
（3）协作多点传输（CoordinatedMultiple Point Transmission and Reception，CoMP）
（4）中继（Relay）
（5）异构网干扰协调增强（eICICfor Heterogenous Networks）
7、通信技术展望
4G通讯的核心技术尚在研发阶段，且以目前3G通讯技术应用现况为如预期热络的情况来看，要使3G通讯成为主流通讯应用技术还得等一等，专家便预测市场消化并完全吸收3G技术的时间约需十年左右，而接踵而至的还有往后的5G以上技术。尽管4G比起3G有着更强大的应用优势，但目前已可见到4G在发展与往后实际应用上所以面临的问题，但是市场不变的趋势是，新技术和新需求将不断出现，有朝一日4G必然会取代3G，成为新一代行动通讯的主流技术。
参考文献：
1、《LTE及4G发展研究》工业和信息化部，2011年6月。
2、龙紫薇，徐晓东，邵春菊，杨光.《LTE TDD与LTE FDD技术简介和比较》[A]. 2008年中国通信学会无线及移动通信委员会学术年会论文集[C]， 2008。
3、沈嘉.《LTE—Advanced需求、技术和网络演进趋势研究》[A]. 2008年中国通信学会无线及移动通信委员会学术年会论文集[C]， 2008。
4、中关村在线http：//3.zol.com.cn/209/2097174.html。
作者简介
高顺：南京嘉环科技有限公司，核心网工程师。
李莉：南京交通职业技术学院，计算机网络专业讲师。